Руководство по сферическим концевым фрезам: геометрия, материалы, подачи и советы по выбору

Спросите любого изготовителя пресс-форм или мастера инструментального цеха, какая фреза проводит больше всего времени в шпинделе, и ответ обычно один и тот же: концевая фреза со сферической головкой. Его закругленный кончик — единственная геометрия, которая повторяет поверхности произвольной формы внутри полости, плавно переходит в стену и проходит по изогнутому электроду, не оставляя после себя резкого шага.

В Чанчжоу Maton Инструменты мы затачиваем эти фрезы каждый рабочий день диаметром от долей миллиметра до инструментов размером с форму. За прошедшие годы мы поняли, что большинство проблем со сферической головкой решаются задолго до того, как инструмент коснется заготовки. Количество канавок, эффективный диаметр, шаг и покрытие — все это взаимосвязано, и фреза, которая прекрасно справляется с одной работой, может выйти из строя в следующей.

В этом руководстве объясняется, что на самом деле представляет собой концевая фреза со сферическим концом, какое место она занимает в технологическом процессе и как мы помогаем клиентам выбрать фрезу, которая выдержит весь цикл.

Что такое сферическая концевая фреза?

Концевая фреза со сферическим концом, также называемая концевой фрезой полного радиуса, шаровой фрезой или сферической концевой фрезой, представляет собой фрезу, кончик которой зашлифован до одного постоянного радиуса, равного половине диаметра инструмента. Фреза со сферическим концом диаметром 10 мм имеет на конце радиус 5 мм, и этот радиус одинаков во всех направлениях, поэтому инструмент представляет собой настоящую полусферу для заготовки.

Форма имеет большее значение, чем кажется. Поскольку острие представляет собой непрерывный радиус, а не острый угол, в разрезе не остается точек, где кромка впивается, и в разрезе не остается квадратного уступа. Когда инструмент движется по траектории, точка контакта скользит по шарику, и именно это позволяет ему создавать изогнутые трехмерные поверхности. Фреза с плоским концом оставляет ступеньку при каждом изменении направления, в то время как фреза с угловым радиусом или фреза со сферической головкой только смягчает угол, не придавая сферической формы.

Цельнотвердосплавные концевые фрезы со сферическим концом изготавливаются из одной твердосплавной заготовки. Спираль, запил на вершине, первичный рельеф и покрытие последовательно изготавливаются на пятиосных и шестиосных шлифовальных центрах с ЧПУ. Фреза с коническим сферическим носом работает по тому же принципу, но шар крепится на коническую шейку, что добавляет жесткости, когда форма имеет глубокие узкие ребра, до которых прямой хвостовик просто не может добраться.

Где шарообразные фрезы зарабатывают себе на жизнь

Везде, где поверхность изгибается одновременно в двух направлениях, концевая фреза со сферическим концом является выбором по умолчанию. В магазинах наших клиентов это обычно означает:

• Работа с пресс-формами и штампами, включая чистовую обработку полостей и стержней, глубокие ребра, сглаживание радиусов и зачистку углов после того, как более крупная фреза удалила большую часть материала.
• Электродная обработка, при которой небольшие сферические фрезы создают тонкие ребра и узкие прорези, которые позже выжигаются в форме с помощью электроэрозионной обработки.
• Компоненты для аэрокосмической и медицинской промышленности с контурными карманами, профилями лезвий и органическими формами из титана или нержавеющей стали.
• Автомобильная оснастка и штампы для штамповки, особенно для вытяжки радиусов и больших скульптурных поверхностей.
• Гравировка и рельефные работы, такие как текст, логотипы и декоративные трехмерные формы.

Поверхность, которую оставляет сферическая фреза, никогда не бывает идеально гладкой. Последовательные проходы оставляют ряд крошечных выступов, известных как гребешки, и высота этих гребешков, а не сама огранка, обычно определяет, сколько времени потребуется на ручную полировку.

Количество флейт и геометрия: практическое сравнение

Количество канавок — это первое решение в спецификации, и на самом деле это компромисс между пространством для стружки и количеством зубьев. Большее количество канавок означает большее количество режущих кромок, проходящих за один оборот, и, следовательно, более высокую подачу стола при той же нагрузке на стружку, но они также оставляют меньше места для выхода стружки.

Помимо количества канавок, обратите внимание на угол спирали, геометрию запила и на то, равно или неравномерно расположены канавки. Неравный шаг нарушает регулярный ритм ударов зубьев и является проверенным способом устранения вибрации при резке нержавеющей стали и титана.

2-х перые сферические концевые фрезы • Универсальная фреза подходит для термообработки всех серий стальных материалов. Он имеет конструкцию U-образной канавки и подходит как для черновой, так и для черновой обработки. Посмотреть продукт →

Подбор сферической концевой фрезы в соответствии с материалом

Фрезерование стали и общего назначения

Для обычных углеродистых и легированных сталей четырехзубая сферическая фреза из универсальной серии подходит для большинства получистовых и чистовых работ и выдерживает самый широкий диапазон условий. Начните с умеренной скорости резания, сохраняйте шаг между 5 и 15 процентами диаметра и обильно подавайте СОЖ или воздух под высоким давлением, чтобы удалить стружку из разреза.

Нержавеющая сталь и титан

Эти материалы быстро затвердевают и создают высокие температуры резания, поэтому настоящим врагом является трение. Неравная геометрия шага, более острая кромка и немного уменьшенная скорость поверхности — все это помогает. Титан, в частности, выигрывает от того, что режущая кромка остается в разрезе, а не в нижней части контурного прохода, поэтому контролируемый наклон или винтовой вход обычно превосходит прямое врезание.

Закаленная пресс-форма

После достижения твердости примерно 45 HRC срок службы инструмента зависит от покрытия и основы, а не только от геометрии канавки. Покрытие из нитрида алюминия-хрома и микрозернистый твердый сплав позволяют фрезе со сферической головкой обрабатывать закаленную полость без разрушения кромки на полпути прохода.

Сверхтвердые 2-зубые сферические концевые фрезы • Конструкция с коротким лезвием значительно повышает износостойкость инструмента и позволяет добиться более высокого качества поверхности заготовки. • В основном используется для обработки... Посмотреть продукт →

Алюминиевые и медные электроды

Мягкие, липкие материалы требуют полированных канавок, более высокой спирали и большого пространства для стружки. Две или три канавки с блестящей или алмазоподобной углеродистой отделкой защищают от наростов, а сферические инструменты микродиаметра из линейки медных электродов справляются с тонкими ребрами и острыми внутренними углами, которые всегда присутствуют в электродах EDM.

Графит

Графит is abrasive and crumbles into dust rather than forming a chip, so a sharp, uncoated or diamond-coated ball nose cutter with strong edge preparation is the usual answer. Air blast extraction is not optional; recutting abrasive dust is the fastest way to destroy an edge.

Графит Machining 2 Flute Ball Nose End Mills • Алмазное покрытие используется по передовой технологии для обеспечения лучшей адгезии покрытия. • Передовая технология шлифования обеспечивает сверхвысокую соосность, высокую температуру... Посмотреть продукт →

Эффективный диаметр, шаг и высота гребешка

Вот деталь, которая сбивает с толку большинство программистов. Самый центр наконечника со сферическим наконечником имеет нулевую скорость поверхности, а эффективный диаметр резания в точке контакта составляет лишь часть номинального размера инструмента. Он рассчитывается как квадратный корень, умноженный на два значения (R в квадрате минус (R минус ae) в квадрате), где R — радиус шара, а ae — радиальный шаг.

Возьмите сферическую фрезу диаметром 10 мм с шагом 0,5 мм. Эффективный диаметр при контакте составляет примерно 4,4 мм, а не 10 мм, что означает, что скорость поверхности на кромке составляет менее половины от номинального диаметра. Если ваша программа рассчитывает скорость шпинделя по диаметру инструмента, фреза трется, а не режет.

Высота гребешка следует той же логике и примерно равна квадрату шага, деленному на восьмикратный радиус. Для той же самой фрезы диаметром 10 мм и шагом 0,5 мм теоретическая высота острия составляет около 0,006 мм, и это полезно знать, прежде чем обещать клиенту полированную поверхность прямо на станке.

Подачи, скорости и наклонное фрезерование

Используйте эффективный диаметр для скорости шпинделя, затем установите нагрузку стружки на зуб в соответствии с материалом и количеством канавок. Когда требования к чистоте поверхности требуют очень легкого шага, повышение скорости шпинделя часто является единственным способом сохранить режущую кромку, а не полировать.

Наклон инструмента на 10–15 градусов (метод, известный как фрезерование Штурца), перемещает точку контакта от мертвой точки шара. Это увеличивает скорость резания на кромке, выбрасывает стружку вперед, а не захватывает ее под острием, и обычно заметно продлевает срок службы инструмента при обработке глубоких полостей. Не забудьте компенсировать измененный эффективный радиус в программе. Наш Таблица скоростей фрезерования является практической отправной точкой для чисел.

Распространенные проблемы и способы их устранения

• Сколы на кончике: обычно вызваны агрессивным входом, повторной нарезкой стружки или биением более 0,01 мм. Прежде чем обвинять фрезу, проверьте держатель, стержень и биение инструмента.
• Следы вибраций на поверхности формы: уменьшите шаг, уменьшите измерительную длину, переключитесь на геометрию с неравномерным шагом или увеличьте угол наклона.
• Плохой финиш возле кончика мяча: почти всегда проблемы со скоростью на поверхности при небольших шагах. Увеличьте скорость шпинделя или наклоните инструмент.
• Быстрый износ задней поверхности: несоответствие покрытия. Нитрид алюминия-хрома подходит для закаленной стали, а алмазоподобное покрытие – для алюминия и меди.
• Радиус электрода за пределами допуска: проверьте геометрию путем надлежащего осмотра, а не предполагайте, что шлифовка неисправна.

Почему магазины работают с инструментами Maton

Мы являемся производителем твердосплавных режущих инструментов, базирующимся в Сисиашу, Чанчжоу, городке инструментов в самом сердце дельты реки Янцзы, и отсюда мы продаем свою продукцию по всему миру. Наши концевые сферические фрезы производятся на импортных пятиосных и шестиосных шлифовальных центрах с ЧПУ и проверяются на высокоточном метрологическом оборудовании из Германии, Японии и Китая, все в соответствии с системой качества ISO9001. Наши разработки возглавляют два старших инженера профессорского уровня и более десяти специалистов по инструментам, поддерживаемые давним исследовательским партнерством с Восточно-Китайским университетом науки и технологий и более чем десятью патентами. Наши резаки ежедневно используются в оборонной, аэрокосмической, автомобильной, электронной и пресс-формах.

Если вы хотите узнать больше о Changzhou Maton Tools или обсудить конкретную сферу применения, наша команда всегда рада рассмотреть ваши чертежи, материалы и настройки машины.

Выбор концевой фрезы со сферическим концом редко сводится к поиску одного идеального инструмента. Речь идет о согласовании радиуса, количества канавок, покрытия и шага с материалом перед вами, а затем придании фрезе достаточной скорости поверхности в точке контакта, чтобы резать чисто, а не тереть. Сделайте эти четыре вещи правильно, и форма сойдет со станка ближе к завершению, полировальный стол станет тише, а стоимость оснастки за деталь незаметно снизится.